风冷柴油机气缸盖热负荷及换热边界条件的研究

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1、性館研究风冷柴油机气缸盖热负荷及换热边界条件的研究InvestigationonCylinderHeadThermalLoadandHeatExchangeBoundaryConditionsoftheAir-CooledDieselEngines淅江大学严兆大、处I、莉、张海垛.王根生、沈宏泉、胡章其、沈踰铭N構要本丈抵岀一什计鼻小型高速凤冷集油机儿如人换爲边畀条件的新•方法，仪设计阶炭就能对沒度分市和携浪找况进庁京鼻.关键词I柴油现风冷HUM热负趣内燃机运行的可靠性已成为众所关注的课题•而可靠性主要取决于内燃机各零部件的结构、工艺和林料的改进及系

2、统间的量佳匹配。风冷柴油机受热零件的热负荷远严重于水冷内燃机•因而热负荷对冈冷柴油机可靠性的彩响尤为突出•诸如奇温条件下工作将使润滑恶化而导致磨损加剧，由于结构上的限制冷却不均•温度梯度过大使热裂倾向的增加等等。因而对风冷柴油机热负荷的研究应予以充分的《：视.受热零件的热负荷最直观的是确定其温度分布，一旦温度分布确定•热流、热应力和热•变形随之可以求得。通过对上述物理场的分析•便可提出更为完善的冷却系统和零件的最优设计方案。通卅受热零件某些特征点的温度(如气缸盖鼻梁区)可应用较为成熟的测温方法测取•而热应力和热变形的测量尚存在许多技术问题。但上述方法

3、只能在众多位置中测得几个点的数值■缺乏整体观念•因而用理论方法计算温度场很有必要.有限元法和边界元法为诸多方法中应用最为普遍和有效的方法°由于计算机技术的发展•计算速度和精度已不成问題。其关键在于给出接近实际的换热边界条件•才能确保求得较为精确的温度分布•作者曾在参考文献［门、［2］、［3］中提出用变区间积分法求得气缸内壁沿高度分布的换热边界条件.本文主要对气缸盖换热边界条件作某些探讨•提出一种简单易行的计算方法⑷⑴1气缸盖换热边界条件缸内受热零件表面换热边界条件包括换热系数和燃气综合平均温度.由于气缸内部换热过程的复杂性•受热零件表面局部换热系数和

4、燃气综合平均温度随位置而异.正确地确定换热边界条件难度校大，通常可通过对许多同类机型的受热零件的实测温度和计算•用数学回归方法近似地确定适合此类机型的换热边界条件。本文针对具有分隔式燃烧室小型髙速风冷柴油机气缸盖•提岀其火力面和冷却侧换热边界条件的计算方法.1.1气缸盖火力面换热边界条件在大量的实测和计算中发现最高温度均发生在分隔式燃烧室和主燃烧室通道的主喷口处.这是因为混合气的形成阳撚烧首先发生住分隔式燃烧室•经通道以高速喷入主燃烧室•进一步完成燃烧过複。高速冲刷和强烈的涡流大大增加了该处的趙交换.因而主喷口处放热系数为最大(图1><图1中N为主喷

5、口位置•沿火力面换热系数可用下式计算，aM(r)=签16J1+宀小(W/m2K)r

6、数(图1)•并写成如下形式，Tres(r)=彳“丁"：“、,gr

7、表面积和受热侧表面积，显然G是个复杂的曲面.匚和T,分别表示各自计算截面处曲线周长.由热平衡计算其传热量'Q=(如(7—=(丁，一Tw*'〉daJ。*Jfl.(d>Tre${r})=2-l^Tres1+(K〉i.t(K)r,与厂反向式(1〉和式(2)中a.和Tres为一个循环内燃气平均换热系数和燃气综合平均温度•可用下式计算⑺*oa/r加卩/燃气瞬时换热系数，用Eichelberg公式计算丁res式中a.d

8、面温度，K若作为平面问題处理时•则Q，=f-Tj)JT=Ja^Tr-T^dT(5)其中2,——冷却侧当量换热